【C/C++ 内存管理函数】C语言动态内存管理大揭秘:malloc、calloc、realloc与new的对比与差异

简介: 【C/C++ 内存管理函数】C语言动态内存管理大揭秘:malloc、calloc、realloc与new的对比与差异

C/C++内存管理专栏:C/C++ 内存管理专栏



C语言中内存分配方式

  1. 从静态存储区域分配
    -内存在程序编译的时候就已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在.例如全局变量、static变量.
  2. 在栈上创建
    在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放.栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限.
  3. 从堆上分配,亦称动态内存分配
    -程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存,程序员自己负责在何时用free或delete释放内存.动态内存的生存期由用户决定,使用非常灵活,但问题也最多.

C语言内存申请相关函数

C语言跟内存申请相关的函数主要有 alloca、calloc、malloc、free、realloc等.

<1> alloca是向栈申请内存,因此无需释放.
<2> malloc分配的内存是位于堆中的,并且没有初始化内存的内容,因此基本上malloc之后,调用函数memset来初始化这部分的内存空间.
<3> calloc则将初始化这部分的内存,设置为0.
<4> realloc则对malloc申请的内存进行大小的调整.
<5> 申请的内存最终需要通过函数free来释放.


函数声明

接下来介绍正文了,三个函数的申明分别是:

void* malloc(unsigned size);
void* realloc(void* ptr, unsigned newsize);  
void* calloc(size_t numElements, size_t sizeOfElement);

三者都在stdlib.h函数库内,它们的返回值都是请求系统分配的地址,如果请求失败就返回NULL.
(1)函数malloc()
在内存的动态存储区中分配一块长度为size字节的连续区域,参数size为需要内存空间的长度,返回该区域的首地址.
如果由malloc()函数分配的内存空间原来没有被使用过,则其中的每一位可能都是0;反之, 如果这部分内存曾经被分配过,则其中可能遗留有各种各样的数据.
也就是说,使用malloc()函数的程序开始时(内存空间还没有被重新分配)能正常进行,但经过一段时间(内存空间还已经被重新分配)可能会出现问题。
(2)函数calloc()
与malloc相似,参数sizeOfElement为申请地址的单位元素长度,numElements为元素个数,即在内存中申请numElements*sizeOfElement字节大小的连续地址空间.
函数calloc() 会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零,也就是说,如果你是为字符类型或整数类型的元素分配内存,那么这些元素将保证会被初始化为0;
如果你是为指针类型的元素分配内存,那么这些元素通常会被初始化为空指针;
如果你为实型数据分配内存,则这些元素会被初始化为浮点型的零。
realloc可以对给定的指针所指的空间进行扩大或者缩小,无论是扩张或是缩小,原有内存的中内容将保持不变.当然,对于缩小,则被缩小的那一部分的内容会丢失。
realloc并不保证调整后的内存空间和原来的内存空间保持同一内存地址,相反,realloc返回的指针很可能指向一个新的地址。
(3)函数realloc()
给一个已经分配了地址的指针重新分配空间,参数ptr为原有的空间地址,newsize是重新申请的地址长度.
如果size较小,原来申请的动态内存后面还有空余内存,系统将直接在原内存空间后面扩容,并返回原动态空间基地址;
如果size较大,原来申请的空间后面没有足够大的空间扩容,系统将重新申请一块(20+size)*sizeof(int)的内存,并把原来空间的内容拷贝过去,原来空间free;如果size非常大,系统内存申请失败,返回NULL,原来的内存不会释放。
注意:如果扩容后的内存空间较原空间小,将会出现数据丢失,如果直接realloc(p, 0);相当于free(p).


malloc、calloc、realloc的区别

  • 初始化

    1.函数malloc申请的内存空间不会进行初始化,可能是随机值,
    2.函数calloc会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零.
    3.函数realloc申请的内存空间同样不会进行初始化,可能是随机值.
  • 功能
    1.malloc向系统申请分配指定size个字节的内存空间.返回类型是 void*类型.
    2.函数callocmalloc类似,但多一个参数,并不需要人为的计算空间的大小,适合申请指针数组空间.
    3.realloc功能更为丰富,可以实现内存分配和内存释放的功能,
    当扩大一块内存空间时,连续空间不够时,会使用堆上第一个有足够大小的自由块,现存的数据然后就被拷贝至新的位置,而老块则放回到堆上.重要的信息就是数据可能被移动。

C++ 动态分配内存:new

C/C++ 内存分配 new 操作符:剖析new操作符的实现机制和使用技巧

C/C++ 动态分配内存方式的原理和使用场景

C语言中的动态内存分配主要涉及到malloc、calloc、realloc这三个函数,而C++新增了new操作符。它们的底层原理和应用场景如下:

malloc(Memory ALLOCation):

原理:malloc是C语言中用于动态内存分配的函数。它向系统请求分配指定大小的内存空间,并返回指向这块内存的指针。malloc不会对分配的内存进行初始化,因此分配的内存可能包含垃圾数据。

应用场景:当你需要动态地分配内存空间时,可以使用malloc。这对于不确定数据大小的情况(如用户输入)特别有用。需要注意的是,分配的内存需要使用free函数释放,以防止内存泄漏。

calloc(Contiguous ALLOCation):

原理:calloc与malloc类似,也是用于动态内存分配的函数。与malloc的主要区别在于,calloc会初始化分配的内存空间,将其设置为0。因此,分配的内存不会包含垃圾数据。

应用场景:当你需要动态分配内存并确保其初始化为0时,可以使用calloc。与malloc相同,分配的内存需要使用free函数释放。

realloc(RE-ALLOCation):

原理:realloc函数用于调整之前分配的动态内存大小。如果需要扩大或缩小已分配内存的大小,realloc会尝试在原有内存的基础上调整大小,如果无法调整,则会分配一块新的内存,并将原有数据复制到新内存中。realloc不会对新分配的内存进行初始化。

应用场景:当你需要动态地调整内存大小时,可以使用realloc。例如,在处理可变长度数据结构(如动态数组)时,可能需要根据数据的增加或减少来调整内存。同样,需要使用free函数释放内存。

new(C++):

原理:new是C++中用于动态内存分配的操作符。与malloc和calloc相比,new具有更好的类型安全性,并能自动调用构造函数进行对象的初始化。同时,new操作符会根据请求的类型自动计算所需的内存大小。

应用场景:在C++中,可以使用new操作符分配动态内存,特别是在处理类和对象时。与malloc和calloc一样,分配的内存需要使用delete操作符释放。


总之,根据你的编程语言和需求,可以选择合适的动态内存分配方法。在C语言中,可以根据是否需要初始化内存来选择malloc或calloc,并使用realloc来调整内存大小。


结语

在我们的探索过程中,我们已经深入了解了C/C++的强大功能和广泛应用。然而,学习这些技术只是开始。真正的力量来自于你如何将它们融入到你的日常工作中,以提高效率和生产力。

心理学告诉我们,学习是一个持续且积极参与的过程。所以,我鼓励你不仅要阅读和理解这些命令,还要动手实践它们。尝试创建自己的命令,逐步掌握Shell编程,使其成为你日常工作的一部分。

同时,请记住分享是学习过程中非常重要的一环。如果你发现本博客对你有帮助,请不吝点赞并留下评论。

此外,我也欢迎你收藏本博客,并随时回来查阅。因为复习和反复实践也是巩固知识、提高技能的关键。

最后,请记住:每个人都可以通过持续学习和实践成为C/C++ 编程专家。我期待看到你在这个旅途中取得更大进步!

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